Проектирование электрической сети напряжением 35-110 кВ (стр. 2 из 8)

&bsol;|/_в,°>807060 50 4030<20

10,98о,940,880,780,670,55

При V > 5 м/с степень зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости ветра увеличивается и максимальная температура провода получается несколько завы-енной, что однако дает некоторый запас при расчете нагрузочной способности.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией является наиболее неопределенным параметром уравнения (1.1), тем не менее существенно влияющим на допустимую нагрузку. Поэтому необходимо проведение измерений на действующих ВЛ, которые позволили бы уточнить значения коэффициентов теплоотдачи при различных условиях.

Для определения теплоты солнечного излучения, поглощаемого проводом, существует несколько моделей.

Согласно данным В.В. Бургсдорфа, влияние солнечной радиации максимально сказывается для ненагруженных проводов (температура может повыситься на 10-12 °С). При токовой нагрузке примерно 2 А/мм² дополнительный нагрев от солнечной радиации не превышает 3-5 °С.

Приведенные выражения позволяют рассчитывать температуру провода при известных токовой нагрузке и погодных условиях, а также допустимую токовую нагрузку при заданной допустимой температуре провода.

Вторая задача - определение допустимой температуры провода. Необходимо различать максимально допустимую температуру провода по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимую температуру по условию соблюдения допустимых габаритов в местах пересечения воздушных линий с автомобильными и железными дорогами, различными препятствиями и другими ВЛ. Допустимые габариты определяются ПУЭ-7, гл. 2.5.

Важно правильно установить максимально допустимую температуру провода, так как это определяет резерв повышения пропускной способности линий электропередачи. Например, увеличение допустимой температуры провода с 70 °С до 75 °С для ВЛ 220 кВ с проводом АС-300 позволило бы дополнительно пропускать по линии до 16 МВ-А мощности. При увеличении допустимой температуры до 90 °С дополнительная мощность составляет примерно 60 МВ-А; при 100 °С - 85 МВ-А.

В настоящее время длительно допустимая температура провода принята равной 70 °С, а в аварийном режиме допустимая токовая нагрузка может быть увеличена на 20 %, однако при этом делается оговорка, что необходимо знать текущее состояние линии. Но так как выполнить диагностику ВЛ практически сложно, то нет возможности применения на практике повышения допустимой нагрузки в аварийном режиме.

Исследования, проведенные еще 50 лет назад, показали, что температура 70 °С, особенно для сталеалюминиевых проводов, является заниженной. Заметное снижение прочности и модуля упругости алюминиевых и сталеалюминиевых проводов начинается с температуры примерно 150 °С. Поэтому для сталеалюминиевых проводов более оправданной является максимально допустимая температура 100 °С, а для алюминиевых и медных -90 °С. На сессии СИГРЕ также рекомендовано принимать максимальную температуру сталеалюминиевого провода равной 100 °С.

Зажимы при их удовлетворительном состоянии имеют температуру существенно ниже температуры провода, если же наблюдается повышенный нагрев соединения, его надо немедленно заменять. Особенно это касается гололедных районов и линий, на которых организована плавка гололеда. Иначе может произойти отгорание провода в зажиме при токах плавки гололеда, плавка не состоится и линия может быть разрушена. Диагностика слабых мест на ВЛ может производиться с помощью тепловизора. Наиболее эффективно выполнять диагностику при проведении пробной плавки гололеда на ВЛ перед гололедным периодом. Это мероприятие важно не только для зимнего периода, но и для обеспечения нормальной работы ВЛ в период максимальной температуры воздуха.

Для расчета допустимой температуры провода, исходя из условия нарушения допустимых габаритов, разработан алгоритм, позволяющий рассчитывать стрелы провеса и напряжение в проводе при различных погодных условиях, в том числе для линий, проходящих в горной местности с разной высотой подвеса провода. По ГОСТ 839-80 определяется нагрузка от собственного веса провода Р_ркг. Механическое напряжение в проводе при заданных условиях определяется для анкерного пролета с разными длинами пролетов в пересеченной местности, исходя из уравнения состояния провода по уравнению:

(1.4)

где

- площадь поперечного сечения провода, мм²; а - механическое напряжение в проводе, кг/мм²; о , Р , Ф - расчетные параметры; "б- - измеренная или заранее рассчитанная температура провода, °С; о^ - коэффициент температурного расширения, 1/К; / - приведенная длина анкерного пролета, м; Р - приведенный коэффициент упругого удлинения провода.

Для определения расчетных параметров должны использоваться паспортные данные линии. Если есть опасение, что в проводе произошла остаточная деформация в результате действия нагрузок, выше нормативных, или старения, необходимо или менять провод, или пересматривать допустимую нагрузку на него с учетом замеров реальных стрел провеса.

Зная стрелу провеса и высоту подвеса провода, можно определить габарит и допустимость работы ВЛ в заданном режиме.

Необходимо обратить внимание, что расчеты производятся для провода с токовой нагрузкой. В уравнение (4) в отличие от существующих методик расчета механического напряжения в проводе и допустимой температуры подставляется предварительно рассчитанная или измеренная температура провода, а не температура воздуха.

Описанный алгоритм позволяет рассчитывать габарит, стрелу провеса, механическое напряжение в проводе при заданной токовой нагрузке и различных погодных условиях, в том числе при гололедно-ветровых нагрузках. Используя уравнения (1.1) и (1.4), численными методами можно решить и обратную задачу расчета температуры и токовой нагрузки при условии сохранения допустимого габарита.

Третья задача - управление энергосистемой с целью недопущения перегруза линий.

По мнению авторов, чтобы более четко регламентировать действия линейного и оперативного персонала при возникновении опасности перегруза линий, необходимо различать следующие режимы: нормальный, утяжеленный и аварийный по токовой перегрузке.

Нормальным режимом в данном случае является режим, при котором температура провода не превышает длительно допустимой температуры 70 °С и допустимой температуры по условию сохранения габаритов.

Утяжеленным режимом является режим, при котором температура провода выше 70 °С, но ниже максимально допустимой температуры 100 °С (90 °С) по условиям механической прочности и допустимой температуры по условию сохранения габаритов. В этом режиме токовые нагрузки превышают экономическую плотность тока, поэтому он характеризуется пониженным уровнем напряжений и увеличенными потерями. Хотя режим может быть довольно длительным, персонал должен предпринимать действия по разгрузке линии, по возможности используя режимные мероприятия, не связанные с ограничением нагрузки потребителей, и, если это необходимо, вводить режим ограничения.

Аварийный режим по токовой перегрузке определяется условием: температура провода превышает 100 °С (90 °С) или допустимую по условию сохранения габаритов или гололедная нагрузка превышает допустимую. В этом случае необходимо выполнить автоматическое отключение нагрузки устройствами САОН или организовать мероприятия по борьбе с гололедом. Температура провода ни в коем случае не должна превысить 130 °С. Устройства защиты от перегрузки могут выполняться многоступенчатыми с одной уставкой по току и несколькими уставками по времени, что позволяет отключить столько нагрузки, сколько необходимо в заданном режиме. Уставка по току может быть заранее рассчитана при отсутствии ветра и при максимальной температуре воздуха, а может изменяться динамически при изменении погодных условий, для чего необходимо наличие датчиков температуры воздуха и скорости ветра.

При расчете уставок по времени необходимо учитывать динамику изменения температуры провода при различных возможных перегрузках. Нами разработан алгоритм расчета изменения температуры провода и стрелы провеса во времени. Для этого уравнение (1) записывается в дифференциальной форме, и расчет ведется методами численного интегрирования.

Защита от токовой перегрузки ВЛ не требует особого быстродействия автоматики, так как нагрев провода - процесс довольно длительный. На рисунке представлены расчетные кривые изменения температуры провода АС-120 при различных нагрузках. При скорости ветра 0,6 м/с, температуре воздуха +25 °С и токе /, превышающем длительно допустимый 367 А в 1,57 раза, продолжительность нагрева провода от длительно допустимой температуры провода 70 °С до аварийно допустимой температуры 100 °С составляет примерно 4 мин; при двойной перегрузке 738 А - примерно 1,5 мин. При увеличении скорости ветра увеличивается максимально допустимый ток и скорость нагрева увеличивается.

Расчет произведен по разработанной и прошедшей апробацию программе «Мониторинг ВЛ». Программа позволяет рассчитывать допустимую токовую нагрузку и температуру провода при различных погодных условиях, в том числе, с учетом солнечной радиации, стрел провеса и механического напряжения в проводе с учетом реальной температуры провода с токовой нагрузкой на ВЛ, проходящих, в том числе, по пересеченной и горной местности. Программа позволяет рассчитывать изменение температуры провода и стрел провеса в динамике и тем самым определять допустимую продолжительность работы ВЛ при возникновении перегрузки проводов. Программа может использоваться для расчета времени плавки гололеда в повторно-кратковременных режимах токами, значительно превышающими допустимые. При этом следует учитывать, что при значительных гололедных нагрузках использование повторно-кратковременных режимов опасно. При резких сбросах нагрузки может произойти разрушение линии от динамических воздействий.